commit to user iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual Skripsi saya yang berjudul “Simulasi Propagasi Cahaya Pada Transparent Conductive Oxide (TCO) Untuk Aplikasi Dye Sensitized Solar Cells (DSSC)” adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini Skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan di daftar pustaka. Skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian ucapan terimakasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau difotokopi secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.
Surakarta, 02 Desember 2015
MOTTO
Luruskan Niat, Bersihkan Hati, Sempurnakan Ikhiyar
Q.S. Al-Fatihah Ayat 1-7:
Dengan menyebut nama Allah Yang Maha Pemurah lagi Maha Penyayang(1) Segala puji bagi Allah, Tuhan semesta alam (2) Maha Pemurah lagi Maha Penyayang (3) Yang menguasai hari pembalasan (4) Hanya kepada Engkaulah
kami menyembah dan hanya kepada Engkaulah kami mohon pertolongan (5) Tunjukilah kami jalan yang lurus (6) (yaitu) jalan orang-orang yang telah Engkau
anugerahkan nikmat kepada mereka, bukan (jalan) mereka yang dimurkai dan bukan (pula jalan) mereka yang sesat (7).
Q.S. Toha Ayat 25-28:
“Dia Musa berkata Wahai pemeliharaku, lapangkanlah dadaku (25) Dan mudahkanlah untukku urusanku (26) dan lepaskanlah kekakuan dari lidahku (27)
agar mereka mengerti perkataanku (28)”
Q.S. Al-Baqarah Ayat 255
Allah, tidak ada tuhan selain Dia. Yang Maha Hidup, Yang terus-menerus mengurus makhlukNya, tidak mengantuk dan tidak tidur. MilikNya apa yang ada
di langit dan di bumi. Tidak ada yang memberi syafaat di sisiNya tanpa izinNya. Dia mengetahui apa yang di hadapan mereka dan apa yang di belakang mereka,
dan mereka tidak mengetahui sesuatu apa pun tentang ilmuNya melainkan apa yang Dia kehendaki. KursiNya meliputi langit dan bumi. Dia tidak merasa berat
memelihara keduanya, dan Dia Maha Tinggi, Maha Besar.
Q.S. Al-Baqarah Ayat 286:
commit to user v
PERSEMBAHAN
Karya ini penulis persembahkan untuk :
1. Allah SWT, Tuhan seluruh alam yang telah memberi rahmat, nikmat, hidayah dan inayahNya kepada penulis.
2. Nabi Muhammad SAW yang selalu menjadi suri tauladan penulis.
3. Untuk Bapak, Ibu dan adik tersayang yang selalu memberi dukungan dan
doa.
4. Segenap keluarga besar penulis.
5. Teman-teman Fisika 2011.
6. Untuk para pembaca yang menyukai bidang komputasi, elektromagnetik,
bidang fisika energi khususnya DSSC.
Simulasi Propagasi Cahaya Pada Transparent Conductive Oxide (TCO)
Untuk Aplikasi Dye Sensitized Solar Cells (DSSC)
Isnaini Lilis Elviyanti
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang simulasi pemodelan pada Transparent Conductive Oxide (TCO) menggunakan metode Finite Difference Time Domain (FDTD) 2 Dimensi (2D). Metode ini dilakukan dengan software MatLab 7.11. TCO yang digunakan pada simulasi ini yaitu Flourine Tin Oxide (FTO) dan Indium Tin Oxide (ITO). Pada simulasi ini dilakukan variasi permukaan TCO yaitu permukaan datar dan pola piramida. Piramida divariasi sudut puncaknya yaitu 70,58º, 38,01º dan 28,32º. Hasil simulasi TCO pola piramida memiliki transmitansi yang lebih tinggi dibandingkan TCO permukaan datar. Simulasi TCO pola piramida pada sudut puncak 28,32º memiliki nilai transmitansi yang paling tinggi dibandingkan sudut puncak 70,58º dan 38,01º. Sehingga dapat disimpulkan bahwa perlakuan surface texturing pada TCO dapat memperbesar transmitansi cahaya yang melewati TCO.
Kata Kunci : FDTD 2D, TCO, DSSC, transmitansi, surface texturing.
commit to user vii
Simulation Propagation Of Light On Transparent Conductive Oxide (TCO) To The Application Of Dye Sensitized Solar Cells (DSSC)
Isnaini Lilis Elviyanti
Physics Department, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sebelas Maret University
ABSTRACT
The purpose of this research is simulate the propagation of light on transparent conductive oxide (TCO) for dye sensitized solar cells (DSSC) application. This simulation use finite difference time domain (FDTD) 2 dimensions (2D) method is performed using MatLab software. Flourine tin oxide (FTO) and indium tin oxide (ITO) were used as TCO materials in this simulation. This simulation use flat and pyramid surface texturing with open angle of 70,58º, 38,01º and 28,32º. as a result, the transmittance of pyramid TCO is higher that the flat one. Futhermore, the pyramid TCO with 28,32º of open angle has the highest transmittance. It can be conclude that surface textured treatment on surface of TCO is being an alternatif method to increase the efficiency of DSSC through light harvesting.
Keyword: FDTD 2D, TCO, DSSC, transmittance, surface texturing.
KATA PENGANTAR
Puji syukur alhamdulillah penulis panjatkan kepada Allah SWT atas penyusunan skripsi sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana
Sains ini yang berjudul “Simulasi Propagasi Cahaya Pada Transparent
Conductive Oxide (TCO) untuk Aplikasi Dye Sensitized Solar Cells (DSSC)” dapat diselesaikan dengan baik.
Penulisan skripsi ini tidak lepas dari dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan kali ini penulis menyampaikan penghargaan dan terima kasih kepada :
1. Allah SWT yang selalu memberikan berkat, rahmat, taufik dan
hidayah-Nya kepada penulis.
2. Nabi Muhammad SAW yang telah menjadi suri tauladan penulis dalam setiap langkah kehidupan.
3. Ibu Dr.Eng. Kusumandari, S.Si., M.Si selaku pembimbing I yang selalu membimbing dengan sabar, memberi pengarahan dan memberi nasehat selama penulisan skripsi.
4. Bapak Drs. Hery Purwanto, M.Sc selaku pembimbing II yang selalu membimbing dengan sabar, memberi pengarahan dan memberi nasehat selama penulisan skripsi.
5. Bapak Dr. Fahru Nurosyid, S.Si, M.Si selaku Kepala Program Studi Fisika FMIPA UNS.
6. Staff Fisika FMIPA UNS yang telah membantu dalam kelancaran
penyelesaian skripsi.
7. Kedua orang tua, adik dan segenap keluarga besar yang selalu memberi dukungan serta doa agar penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi.
8. Teman-teman Fisika 2011 yang memberi dukungan dan doa.
commit to user ix
Akhirnya, dengan segala kerendahan hati penulis menyadari masih banyak terdapat kekurangan-kekurangan. Penulis berharap dari skripsi ini semoga dapat bermanfaat.
Surakarta, 02 Desember 2015
HALAMAN PUBLIKASI
No Judul Penulis Jenis Publikasi
1 Simulasi Transmitansi
Cahaya Pada Fluorine
Doped Tin Oxide (FTO)
Surface Textured TCO Using FDTD Method
Isnaini Lilis
Elviyanti, Kusumandari, Hery Purwanto
Seminar Internasional : 10th
International Joint
Conference on Chemistry (JCC 2015), 8 September 2015 (Poster Presentation)
3 Optical Simulation Of
Surface Textured TCO Using FDTD Method Sciences and Engineering (MSE), dengan status under review
commit to user xi DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... ii
HALAMAN PERNYATAAN ... iii
HALAMAN MOTTO ... iv
HALAMAN PERSEMBAHAN ... v
HALAMAN ABSTRAK ... vi
HALAMAN ABSTRACT ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
HALAMAN PUBLIKASI ... x
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR SIMBOL ... xvii
DAFTAR LAMPIRAN ... xviii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Batasan Masalah ... 3
1.3. Perumusan Masalah ... 3
1.4. Tujuan Penelitian ... 4
1.5. Manfaat Penelitian ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1. Sel Surya ... 5
2.1.1. Sel Surya Silikon ... 5
2.1.2. Sel Surya Non-Silikon ... 6
2.1.2.1. Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) ... 6
2.2. Gelombang Elektromagnetik ... 8
2.3. Light Trapping ... 11
2.3. Finite Different Time Domain (FDTD) ... 12
2.4. Analisis Fourier ... 20
2.5. Matrix Laboratory ... 21
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 22
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ... 22
3.2. Alat dan Bahan ... 22
3.3. Prosedur Penelitian ... 23
3.4. Metodologi Penelitian ... .24
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 31
4.1. Pendahuluan ... 31
4.2. Pengujian Spektrometer UV-Vis ... 31
4.3. Pulsa Gaussian ... 32
Spektrometer UV-Vis ... .39
4.6. Simulasi TCO Pola Piramida ... .40
4.7. Analisa Grafik Simulasi TCO ... .51
BAB V PENUTUP ... 55
5.1. Kesimpulan ... 55
5.2. Saran ... 55
DAFTAR PUSTAKA ... .57
commit to user xiii
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Struktur Sel Surya Silikon ... 5
Gambar 2.2. Mekanisme transport elektron pada DSSC ... 7
Gambar 2.3. Spektrum gelombang elektromagnetik ... 8
Gambar 2.4. Pembiasan cahaya ... 10
Gambar 2.5. Mekanisme light trapping ... 11
Gambar 2.6. Perbedaan hamburan gelombang cahaya pada (a) permukaaan datar dan (b) surface texturing ... 12
Gambar 2.7. Jarak medan E dan H untuk simulasi FDTD 2D yang terpolarisasi secara TM... 14
Gambar 2.8. Kombinasi PML dan Total field/scattred field pada FDTD 2D ... 16
Gambar 3.1. Diagram alur prosedur penelitian ... 23
Gambar 3.2. Algoritma FDTD 2D pada simulasi TCO ... 25
Gambar 3.3. Bagan simulasi TCO permukaan datar ... 28
Gambar 3.4. Bagan simulasi TCO pola piramida ... 29
Gambar 4.1. Hasil transmitansi pengujian UV-Vis Spectrometer ada (a) ITO Dan (b) FTO permukaan datar ... 32
Gambar 4.2. Perambatan pulsa Gaussian terhadap waktu perambatan ... 32
Gambar 4.3. Spektrum pulsa Gaussian ... 33
Gambar 4.4. Bagan simulasi TCO dengan permukaan datar ... 34
Gambar 4.5. Propagasi cahaya pada TCO saat t=4,47 fs dan T=350. ... 34
Gambar 4.6. Propagasi cahaya pada (a) ITO dan (b) FTO pada permukaan datar saat t=155,48 fs dan T=12175 ... 35
Gambar 4.7. Hasil simulasi FDTD 2D pada (a) ITO dan (b) FTO permukaan datar saat t=155,48 fs dan T=12175 ... 36
Gambar 4.8. Propagasi cahaya pada (a) ITO dan (b) FTO pada permukaan datar saat t=310,97 fs dan T=24350 ... 37
Gambar 4.9. Hasil simulasi FDTD 2D pada (a) ITO dan (b) FTO permukaan datar saat t=310,97 fs dan T=24350 ... 38
Gambar 4.10. Perbandingan hasil simulasi dan pengujian pada (a) ITO dan (b) FTO ... 39
Gambar 4.11. Permukaan TCO menggunakan Atomic Force Miscroscopy (AFM) ... 40
Gambar 4.12. Bagan simulasi TCO pola piramida dengan variasi sudut puncak (a) 70,58º, (b) 38,01º dan (c) 28,32º ... 41
commit to user xv
Gambar 4.14. Propagasi cahaya pada FTO dengan variasi sudut puncak (a) 70,58º, (b) 38,01º dan (c) 28,32º saat
t=155,48 fs dan T=12175 ... 44 Gambar 4.15. Hasil simulasi FDTD 2D Pada (a) ITO Dan (b) FTO
variasi sudut puncak piramida saat t=155,48 fs dan T=12175 ... 45 Gambar 4.16. Propagasi cahaya pada FTO dengan variasi sudut
puncak (a) 70,58º, (b) 38,01º dan (c) 28,32º saat
t=310,97 fs dan T=24350 ... 47 Gambar 4.17. Propagasi cahaya pada FTO dengan variasi sudut
puncak (a) 70,58º, (b) 38,01º dan (c) 28,32º saat
t=310,97 fs dan T=24350 ... 48 Gambar 4.18. Hasil simulasi FDTD 2D Pada (a) ITO Dan (b) FTO
variasi sudut puncak piramida saat t=310,97 fs dan T=24350 ... 49 Gambar 4.19. Perbandingan hasil simulasi FDTD 2D pada (a) ITO
dan (b) FTO permukaan datar dan sudut puncak
piramida 28,32º ... 51 Gambar 4.20. Mekanisme light trapping pada simulasi TCO (a)
permukaan datar dan (b) pola piramida ... 52 Gambar 4.21. Perbedaan propagasi cahaya pada piramida dengan
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Nilai/Satuan
Serapan -
Rapat fluks magnetik weber Wb
Pergeseran listrik /
Medan listrik /
Medan magnet
Transmitansi -
Frekuensi
Waktu
Kecepatan cahaya /
Permitivitas , /
Permeabilitas /
Intensitas cahaya tanpa serapan /
commit to user xvii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Algoritma simulasi TCO menggunakan FDTD 2D ... 61 Lampiran 2. Listing program simulasi TCO permukaan datar. ... 71 Lampiran 3. Listing program simulasi TCO pola piramida ... 76
